14. Nikt mający dla siebie choć trochę szacunku...

"Nikt ze światłych ludzi, mający dla siebie choć trochę szacunku, nie będzie wychodził z jakimiś sensacyjnymi wnioskami (zamach), nawet jeśli coś się nie zgadza" (G. Szuladziński)

Dr Grzegorz Szuladziński zdobył tytuł magistra inżynierii mechanicznej na Politechnice Warszawskiej w 1965 r. oraz doktora mechaniki strukturalnej na Uniwersytecie Południowej Kalifornii w 1973 r. W latach 1966-1980 pracował w USA w jej zastosowaniach do aeronautyki i astronautyki, inżynierii jądrowej oraz budowy statków. Zdobył doświadczenie w symulacji zjawisk sejsmicznych, wypadków w elektrowniach jądrowych i bezpieczeństwa sprzętu wojskowego. Od 1981 r. pracuje w Australii, w zakresie inżynierii lotniczej, transportu, elektrowni, przemysłu wydobywczego. Pierwszą książkę dra Szuladzińskiego pt. Dynamics of Structures and Machinery: Problems and Solutions, opublikowało wydawnictwo John Wiley w1982 r. O najnowszej książce mowa jest poniżej.Od 1966 r. wykorzystuje metodę elementów skończonych do symulacji zagadnień strukturalnych. Od lat 90-ch opracowuje symulacje komputerowe gwałtownych zjawisk takich jak wysadzanie skał, fragmentacja obiektów metalowych, uderzeniowe zniszczenia budynków, kollaps strukturalny. Wykonał wiele badań fragmentacji obiektów. Dr Szuladziński prowadzi w swym domu w Sydney firmę konsultingową Analytical Services (http://www.simulate-events.com/) .

Z dr inż. Grzegorzem Szuladzińskim rozmawiał 30 paźdz. 2011 r. prof. Paweł Artymowicz, prof. fizyki Uniwersytetu Toronto.

P.A. – Panie Grzegorzu, chciałbym porozmawiać na temat katastrofy smoleńskiej, w szczególności o symulacjach zderzenia samolotu z brzozą, które urwało końcówkę skrzydła. Zanim do tego przejdziemy, chciałbym zadać parę pytań, które nasunęły mi się po lekturze Pana najnowszej książki. Sięgnąłem po nią by zrozumieć w oparciu o fizykę uderzeń brzoza smoleńska miała, czy nie miała szansy urwać końcówkę skrzydła prezydenckiego Tupolewa. Dopiero później uświadomiłem sobie, że autor ma polskie korzenie.

To grube dzieło o dynamicznych, krótkotrwałych uderzeniach działających na imponujący wachlarz wszelakich prostych i bardziej złożonych elementów strukturalnych, z których zbudowane są mosty, budynki i pojazdy. Nosi tytuł "Formulas for Mechanical and Structural Shock and Impact" (CRC Press, 2010). To co zawiera, jest nie tylko bezpośrednio ważne dla specjalistycznej analizy katastrofy, ale także zawiera, jak myśle, bardzo potrzebne w dzisiejszych czasach przesłanie na temat metodologii naukach przyrodniczych i inżynieryjnych, gdzie mamy do czynienia z obliczeniami komputerowymi. W swej długiej praktyce zawodowej poznał Pan świetnie zarówno obliczenia numeryczne, jak i teorie analityczne, do których bardziej przydaje sie ołówek lub suwak logarytmiczny (młodsi czytelnicy będą musieli "wyguglować" tę nazwę). Książka poświęcona jest głównie tym drugim. Nasuwa się kilka pytań: Dlaczego? Czy nie byłaby bardziej potrzebna książka zatytułowana, powiedzmy, "Obliczenia numeryczne zderzeń i wybuchów"? Jakie jest miejsce wiedzy i oszacowań analitycznych w świecie coraz bardziej zdominowanym przez wielkoskalowe obliczenia numeryczne i jak sie to zmieniało w historii nauk inżynieryjnych?

G.S. – Dziękuję za tak pochlebną ocenę mojego tomiku. Jeśli chodzi o tytuł, to lepszy jest skromny, aby czytelnik znalazł więcej, niż się spodziewa. Ktoś mógłby zapytać po co nam ołówek i kalkulator w XXI wieku, kiedy możemy kupić program obliczeniowy i zwrócić się do komputera po rozwiązanie naszego problemu. Uproszczona analiza pozwala nam na początku projektu zorientować się co jest mniej, a co bardziej ważne. To jest własnie istota sztuki inżynierskiej. Na końcu sprawdzamy, czy uproszczone przeliczenia i wyniki komputerowe są zgodne. To jest tzw. reality check.Takiej możliwosci prawie nie było w latach 60-tych, symulacje stały się dostępne w praktyce inżynieryjnej w latach 70-tych i rozprzestrzeniły bardzo dzięki komputerom osobistym w latach 80-tych. Nadal jednak, najlepsze pytanie które można zadać, by ocenić inżyniera to jest: “A co byś w tej sprawie zrobił bez komputera?”

P.A. – Myślę, że udało się Panu stworzyć książkę, która wszystkim pomoże, i to książkę niesłychanie przejrzyście napisaną, zawierającą zwięzły opis najważniejszych procesów dynamicznych i elementarnych konstrukcji.

Wiemy, że zespół sejmowy pod przewodnictwem posła Macierewicza ogłosił w ubiegłym miesiącu nietypową w formie i kontrowersyjną w wymowie ekspertyzę, oparta o symulacje prof. Biniendy z Uniwersytetu w Akron, Ohio. Przewodniczący zespołu i twórca symulacji twierdzą, że symulacje obaliły zasadność wniosków co do urwania części skrzydła TU-154 na brzozie opisanej w raportach komisji dwóch państw. W symulacji użyto programu LS-DYNA. Czy zechciałby Pan powiedzieć, jakich metod numerycznych Pan i Pańscy współpracownicy używali i czy zetknął się Pan z programem LS-DYNA?

G.S. – Tak, tego programu używam często, już od lat 90-tych. Również innego, o nazwie ANSYS, od poczatku lat 70-tych. Natomiast nie mam rozeznania w polskiej polityce, więc nie natknąłem się jeszcze na powyższe nazwiska.

P.A. – Przykładowo, jakie problemy rozwiązywał Pan przy użyciu LS-DYNA?

G.S. – Jedno z zagadnień było nawet trochę podobne. Było to uderzenie małego samolotu w reaktor atomowy. Była między tymi dwoma obiektami ażurowa konstrukcja stalowa, ktora miała chronić reaktor. Jedno z pytań było takie, czy samolot “przeciśnie się” na tyle przez oczko tej kraty by zrobić dość szkody.

P.A. – Przejdźmy do kwestii zderzenia samolotu z drzewem. Ciekawi mnie bardzo Pańska ocena technicznej strony symulacji przeprowadzonych przez zespół prof. Biniendy. Jak wygląda jakość tego, co zostało zrobione?

G.S. – Słuchałem prezentacji tylko raz. Jeśli ktoś ma tylko 20 min na prezentacje, to powinien mowić głównie o rzeczach istotnych. Wydaje się, że wchodzono niepotrzebnie w wiele spraw drugo- i trzeciorzędnych, pomijajac jednocześnie ważne parametry wydarzenia. Na przykład, podawanie energii całkowitej samolotu i porównywanie jej z energią rozpędzonego samochodu było nieistotne. (Zderzenie bylo lokalnym zjawiskiem i niewiele ma wspólnego z całkowitą energią samolotu.) Dobrze by było jednak znać, na przyklad, predkość lotu i kąt skosu oraz kąt natarcia skrzydeł w chwili zderzenia, a tego w prelekcji nie pamiętam.

Całość obliczeń zajęła ogromnie dużo czasu na superkomputerze. To nie tyle jest ich zaletą, co mówi nam o metodologii obliczeń. Główną przyczyną tego była zbyt gęsta siatka elementów pokrywająca samolot. Była potrzebna wokół miejsca zderzenia, ale nie dużo dalej. Dobrze zaprojektowana siatka, gęsta gdzie trzeba, rzadka gdzie nie trzeba, dramatycznie by skróciła czas obliczeń.

Jeden z popularnych chwytów użytych w tej symulacji to byla tzw. erozja. Polega na tym, że element, którego wytrzymałość jest przekroczona, zostaje usunięty z modelu. Trzeba być jednak ostrożnym, bo pękniecie i zniknięcie to są dwie różne sprawy. Jeśli znikające elementy są małe, to na ogół nie szkodzi. Niestety, elementy brzozy w miejscu zderzenia wyglądały raczej jak patyczki, nie jak kostki. Ich erozja powodowała znikanie kontaktu między brzozą a samolotem.

Od początku MES (metody elementów skończonych) trwał taki wyścig ignorancji inżynierów i mocy komputerów. Co roku komputery mogą przetwarzać większe modele (więcej elementów), ale to zawsze dla niektórych za mało. Moim zdaniem, im lepszy inżynier, tym mniejsze modele buduje (przeważnie).

P.A. – Brak istotnych danych o modelu Prof. Biniendy to spory problem, gdyż prezentacji nie towarzyszła strona internetowa, na której zainteresowani modelem specjaliści mogliby takie dane znaleźć. Czy przedstawienie takich danych wejsciowych nastręczyłoby jakieś trudności?

G.S. – Nie sądzę. Oczywiście, LS-DYNA wymaga wprowadzenia do komputera wielu liczb opisujących modelowane materiały, ich kształt i ruch, więc niemożliwe jest podanie wszystkich ważnych szczegółów w czasie prelekcji, jednak powinny zostać upublicznione mniej więcej w tym samym czasie. Nie musi to nawet być kompletny zestaw, by obserwatorowi dać pojęcie, jak analityk się zabiera do swej pracy. Im więcej jest podane, tym większe zaufanie ma słuchacz wobec autora.

P.A. – Myślę, że ukrywanie danych wejściowych (są one bowiem niejawne do dzisiaj) jest sprzeczne z metodą naukową. Tak jest to odbierane w środowisku fizyków.

G.S. – Taka kategoryczna opinia nie wydaje mi się właściwa, ponieważ każda dziedzina ma swą specyfikę. W naszej, na przykład, nie ma zwyczaju publikowania zbiorów wejsciowych, chyba ze klient tego zażąda. (Jest po temu kilka dobrych powodów). Trudno po takiej powierzchownej prezentacji oceniać pracę techniczna. Może prelegent nie miał z tym projektem wiele wspólnego, a jedynie opowiadał o tym, co mu się wydawało, że było zrobione. Jeśli nie jest dostępna żadna dokumentacja, to wyniki pracy powinny być widziane tak, jak na to zasługują: jako jeden z dwudziestu różnych rezultatów, które mogą być otrzymane z LS-DYNA.

P.A. – Na filmie prezentujacym symulacje widać duży rozmiar elementów obliczeniowych w krytycznym obszarze przedniego dźwigara. Groteskowo wygląda mała liczba paneli reprezentujących pionowe płyty metalu, podczas gdy z wiekszą rozdzielczoscią reprezentowanych jest sto tysiecy innych części samolotu na odległym prawym skrzydle. LS-DYNA posiada jednak opcję zmiennej rozdzielczości przestrzennej. Dlaczego nie została wybrana, skoro, tak jak Pan mówił, przyspieszyłaby wielokrotnie obliczenia?

G.S. – Nie wiem. Także odnoszę wrażenie, że rozdzielczość w rejonie kontaktu z drzewem była niewystarczajaca; strefa uderzenia powinna być dużo gęściej posiatkowana, zwłaszcza w pionie drzewa, niż rejony odległe.

P.A – Czy coś jeszcze Pana zaskoczyło w symulacji Biniendy?

G.S. – Jeśli jakikolwiek obrazek mi został w pamięci, to odlatujacy kawałek blachy skrzydła. Przecież jeśli skrzydło uderzy w przeszkodę, to blacha się wgniata, przynajmniej początkowo. Odłamki się nie sypią, bo 270 km/h to zbyt mała szybkość, by dostawać takie efekty.

P.A. – Czy to wina programu LS-DYNA, czy sposobu jego użycia?

G.S. – Czy program trochę lepszy czy gorszy, komputer starszy czy nowszy, to nawet w przybliżeniu nie gra takiej roli, jak klasa inżyniera-analityka używającego tego programu. Ten program zrobi wszystko dobrze, jeśli są dobre dane wejsciowe, włączajac takie parametry jak natura kontaktu miedzy obiektami.

P.A. – W dyskusjach w Salonie24 przewija się od niedawna temat rodzaju przełomu widocznego na licznych zdjęciach smoleńskiej brzozy. Z drugiej strony, mamy symulacje zespołu Macierewicza, gdzie przełom wygląda zupełnie inaczej. Dlaczego?

G.S. – Pierwsze pytanie jest takie: czy autor symulacji zdawał sobie sprawę z tej sprzeczności? Chyba nie, bo by go to skłoniło do głębszej analizy lokalnej. Jeśli symulacja dała wynik niezgodny z fizyką, to obliczenia powinny być poprawione. Mówiąc bardziej ogólnie: To, o czym była mowa poprzednio, a mianowicie informowanie czytelnika o danych wejściowych, to bardzo pożądany krok wstępny. Aby jednak uczynić analizę wierzytelną, konieczna jest zgodność jej wyników z faktami:

(a) Po zderzeniu samolot doznał mniejszej lub większej zmiany kursu. To samo powinno być zanotowane w modelu. (Jeśli nie zgadza się, to parametry zderzenia byly nieprawidłowe i wnioski są nie ważne. Zasada zachowania momentu pędu zawsze obowiązuje, bez względu na aspekt energetyczny). Jeśli autorzy zdawali sobie sprawę z tego, to szkoda że nie zanotowali tej części wyników.

(b) Lokalne uszkodzenie skrzydła powinno być podobne w modelu MES i w rzeczywistości. Nie było w ogóle mowy na ten temat w prezentacji. Po takim przedstawieniu sprawy nie wiadomo czy w czasie zderzenia skrzydło zostało zupełnie oderwane, czy tylko ‘nadgryzione’.

(c) Przełom brzozy w modelu powinien być podobny do obserwowanego. Symulacja natomiast sugeruje ścięcie, podczas kiedy inne dane wykazują przełom zgięciowy.

P.A. – Dodam od siebie, że symulacja nie zgadza się z ułożeniem pnia po zderzeniu. Symulowany, urwany pień odlatuje ze znaczną prędkością w kierunku zachodnim, a nie tak jak to się naprawdę stało, kładzie się lub spada w miejscu po złamaniu, w kierunku północnym. Uznano chyba, że jeśli stan faktyczny nie zgadza się z jedynym słusznym modelem, to tym gorzej dla stanu faktycznego -– brzoza musiała zostać złamana przez coś lub kogoś innego, nie przez samolot (wbrew zeznaniom naocznych świadków zdarzenia). Jest tak, jakby obliczenia zamówiono w intencji udowodnienia zamachu.

Czy zaprezentowana w Sejmie analiza zderzenia uprawnia do wyciągnięcia tak kategorycznych i ważkich wnioskow? Czy pokazana analiza wystarcza by orzec, jak to zrobił prof. Binienda, że skrzydło z całą pewnością przetrwałoby zderzenie z tą konkretną brzozą?

G.S. – Wydarzenia w rzeczywistości i w symulacji muszą się zgadzać. Do czego więc służy symulacja? By się dowiedzieć o innych aspektach zjawiska, których nie udało się wychwycić w rzeczywistości. Pańskie pytanie dotyczy chyba sporu co do faktów doświadczalnych. Jedynie co mogę powiedzieć, to że gdyby fakty (a) i (b) powyżej były spełnione a (c) obiektem sporu, to wtedy zespół techniczny ma szanse mieć racje.

Natomiast nikt ze światłych ludzi, mający dla siebie choć trochę szacunku, nie będzie wychodził z jakimiś sensacyjnymi wnioskami (zamach), nawet jesli coś się nie zgadza. Niestety, ja przegapiłem uwagę prelegenta o zamachu, bo nic takiego nie pamiętam. (Słaba słyszalność mogła być powodem.)

P.A. – Prof. Binienda nie wypowiadał się, o ile pamiętam, w prezentacji sejmowej na temat zamachu. Jednak sugestie co do zamachu (nazywanego eufemistycznie “przyczyną zewnętrzną” lub “spowodowaniem katastrofy przez osoby trzecie” [a coraz cześciej po prostu zamachem; uwaga dodana 5.11.11]) są ciągle robione w mediach tradycyjnych i elektronicznych przez członków zespołu parlamentarnego i jego przewodniczącego. Ciekawi mnie, jak bardzo znane są na świecie hipotezy zamachu pod Smoleńskiem. Czy słychać o nich w Australii?

G.S. – Ludzie dużo mówili między sobą, ale więcej było domysłów niż faktów. Nie było formalnej dyskusji na forum polonijnym. Sam nie miałem do niedawna pojęcia o tym, jak burzliwe dyskusje ta kwestia wywołuje w kraju, przynajmniej na blogach i w gazetach internetowych. Zadawałem jednak kilku osobom pytanie: Zważywszy, że ostrożny człowiek zdaje sobie sprawę z niebezpieczeństwa, gdy wsiada do samolotu, jak to możliwe, by do jednej maszyny wsadzić prezydenta, wielu członków rządu i generalicję? Przecież sprawa przetrwania kataklizmów, zachowania ciągłości władzy, jest częścią strategii każdego rządu. Nie dostałem dotychczas żadnej logicznej odpowiedzi. Dla mnie to największa tajemnica tragedii smoleńskiej.

P.A. – Co Pan sądzi o społecznym badaniu katastrofy smoleńskiej jako nowym zjawisku umożliwionym przez internet? Czy blogerzy, w tym inżynierowie i fizycy dyskutujący na forach i w salonach publicystycznych mogą być wypowiadać się miarodajnie o szczegółach katastrofy, albo o raportach komisji? Czy też powinni się wypowiadać tylko uznani specjaliści, którzy wcześniej pracowali nad podobnymi wypadkami?

G.S. – Myślę, że Pan dał dobry przykład swoim blogiem i felietonami, gdzie z dużym znawstwem rozważa Pan fizykę zjawiska. Metody obliczeniowe nie zawsze wymagają superkomputerów - mówiliśmy o tym na początku rozmowy. Do zrozumienia istoty zjawiska mogą przydać się tak samo inżynier, jak i fizyk dowolnej specjalności. Nikt nie posiada całej wiedzy potrzebnej do zrozumienia wszystkich szczegółów. (Ta ostatnia uwaga dotyczy także speców od wypadków lotniczych.)

Jednak żeby był jakiś pożytek z tego “społecznego śledztwa” potrzebny jest moderator, który syntetyzuje osiągnięte wnioski i publikuje “Obecny Stan Śledztwa”.

P.A. – Na koniec wspomnę, że polscy naukowcy i inżynierowie nie dostarczyli, jak dotąd, swoich wyników dogłębnej analizy spornych elementów katastrofy. Miejmy nadzieję, że to się zmieni. Serdecznie dziękuję za rozmowę.

G.S. – Również dziękuję.